交通部署案例集/2019/轻轨
所选模式为轻轨，这是一种铁路运输方式，其基础设施与汽车在同一条路线，但拥有优先通行权。我将特别关注旧金山网络，其中轻轨的定义为——“轻轨主要沿着专用路权运行，使用独立的有轨电车或多个单元耦合形成列车，其运力比长途重型铁路客运列车或地铁系统更低，速度也更低”（Wiki-Tram 2019）。轻轨的用途通常是支持通勤铁路和快速公交网络。在城市的所有区域都无法铺设轻轨的情况下，轻轨成为访问城市其他区域的经济高效方式。关于安全的有趣说明如下
- 美国交通部（DoT）进行的美国国家交通统计分析表明，与轻轨相关的死亡人数仅次于摩托车出行，摩托车每1亿英里的死亡率为31.5人。
- 较低的资本成本（与地铁相比，基础设施成本很低）
- 与地铁相比，可靠性更高，因为设计和技术更简单 乘坐更舒适
- 由于每位乘客的运营成本较低，票价更便宜。
- 外部和内部噪音污染更少。
- 更平稳的乘坐体验 - 铁路比公交车遇到的坑洼更平稳。
- 与公交车相比，污染最小化
- 由于城市更新，被视为对郊区/地区积极的影响/益处
- 提高车站周围土地的价格
- 公共交通
- 经历过城市蔓延的城市
- 覆盖面积广阔的城市
公交车 - 公交车过去/现在是轻轨最常见的替代品。但是，与有轨电车相比，公交车的运力有限。此外，与有轨电车相比，它们更容易发生机械故障
火车 - 火车是最早的公共交通工具，至今仍是一种流行的交通工具。火车是一种更有效的运输工具，但是，它们需要巨额的资本投资和基础设施才能使用。
汽车 - 汽车在某种程度上（取决于您所看的郊区）早于轻轨并且更受欢迎。汽车每位乘客的成本更高，并且是一种效率低得多的出行方式。这可以在人口密度高的中心区域看到，在这些区域，汽车的停车和总体实用性因空间有限而被抵消。
交通市场反映了一个城市的社会人口统计特征，而城市之所以被提及是因为在农村地区，人们对公共交通的依赖程度要低得多。随着城市人口密度的增加，不可避免地会探索更有效（成本和空间）的交通工具。
上述因素见证了轻轨的兴起，轻轨的安装成本相对较低，且运力大。能够利用现有的道路走廊并结合汽车用户和有轨电车，意味着对特定基础设施的需求。这对于那些根本没有空间或资金建造特定基础设施的城市极具吸引力。
研究表明，与有轨电车不同的特定轻轨的早期发展可以追溯到二战后的西德。当时，德国的有轨电车被改造成了模型轻轨系统（stadtbahnen）。这导致除了汉堡之外，德国的大多数中等城市目前都拥有轻轨。
进一步的研究还支持 1962 年 H. Dean Quinby 发表的一篇名为“主要城市走廊设施：一个新概念”的文章，该文章概述了轻轨的基本概念。他的一些阐述包括
- 更大的运力以运载更多乘客
- 看起来像火车，由多节车厢连接而成
- 拥有更多车门以促进空间的充分利用
- 运行速度更快，噪音更小
本页面的重点关注区域是美国，1972 年是轻轨概念首次实施的显著年份。1978 年，增加了“西门子-都伊瓦格 U2”，顾名思义，这是一项德国技术，是一种轻轨有轨电车车辆，取代了最初的 U1。
轻轨并非一项特定的德国技术，因为它已经酝酿了近一个世纪，但正是德国人将这项技术发挥到了极致。回顾 1932 年纽约的马车，这些马车最初使用的路线一直是现代轻轨的主要路线。轻轨起源于马车轨道，并且在 1970 年代，美国这些轨道的建设蓬勃发展。但是，电力供应的局限性很明显，机械动力发展迅速。蒸汽有轨电车在城市中的局限性很明显，压缩空气、燃气和汽油发动机也是如此。最终，电力牵引成为最有效和可靠的传动形式。从电池供电过渡到电力供电的速度很快，这一技术由德国人维尔纳·冯·西门子率先推出，他在 1879 年在柏林证明了架空电力供应线是前进的方向。他与哈尔斯克合作，并在 1881 年在柏林开通了一条公共有轨电车线路。到 1900 年，所有美国马车轨道都变成了电力轨道。
也有人认为，美国发明家弗兰克·J·斯普拉格通过使之可行来推广了电力有轨电车。这是通过发明一种电车杆系统实现的，该系统于 1888 年首次在弗吉尼亚州使用。这很受欢迎，因为道路状况很差，并且领先于为公交车提供动力的内燃机。此外，这种系统通常采用单车厢配置，直到后来短编组列车才成为常态。
公共交通的作用不仅在于运送通勤者和连接社区，还在于刺激周边经济。这推动了地方议会、政府和私人开发商之间的合作，这种合作关系被称为TOD（以公共交通为导向的开发）。TOD是公共交通的众多目标之一，但官员们认为轻轨是促进经济发展的特别有效的工具。
随着郊区从城市中心向外扩展，经济开发商和官员的目标是刺激上述城市中心的增长，使它们恢复为都市区的核心。
交通政策可以追溯到20世纪70年代，当时美国城市规划师开始向欧洲寻求如何拯救其城市免受郊区蔓延和经济衰退的困扰。随着交通公司现在归公有，可以通过混合使用城市、州和国家资金来实现引入更好的公共交通。与此同时，随着越南战争的结束，国防承包商正在寻找替代市场，并将交通视为一个增长领域。这导致波士顿和旧金山这两个幸存的有轨电车城市决定向波音-维尔托公司订购新的铰接式轻轨车辆，使用的设计旨在成为美国轻轨车辆（LRV）的标准。不幸的是，最终的产品是一场昂贵的技术灾难，因为波音试图重新发明轮子，而不是借鉴其他地方的轨道车辆经验。
美国关于轻轨及其作为政策实施的方法可以通过洛杉矶来概括，因为这座城市在20世纪60年代抛弃了其有轨电车和城际铁路，并认定它可以适应汽车。笼罩在城市蔓延之上的污染证明了这一点，21世纪，洛杉矶开通了两条新的轻轨线路和一条地下地铁，还有一条轻轨线路正在建设中。
从美国市场来看，自20世纪60年代以来，公共交通取得了适度的复苏，当时联邦政府开始大规模补贴交通扩张。联邦资金的推动源于铁路高管和市长组成的联盟。在20世纪50年代后期，拥有主要货运业务的铁路公司削减了许多为大都市区服务的无利可图的通勤铁路服务。地方政府和铁路公司共同向联邦政府争取国家交通政策，该政策认识到公共交通的重要性，而不仅仅是公路和汽车。老城市担心，如果公共交通进一步衰落，其核心区域在商业服务和制造业方面相对于更偏远地区的竞争优势将减弱。依靠通勤铁路的中产阶级郊区居民也担心失去连接他们与工作、消费和休闲场所的服务。政府资本资金方面也有一些先例，例如，波士顿和纽约市的地铁的市政资金，以及大萧条和二战期间芝加哥地铁的联邦资金。
游说取得成功的例子是，1964年，林登·约翰逊总统签署了《城市公共交通法案》（UMTA）。该法案使联邦政府能够提供资本补助金，以支付交通系统设备和设施最高三分之二的资本成本。在接下来的十年里，华盛顿提供了超过30亿美元，城市利用这些资金购买私营系统、改善现有车辆和基础设施以及建设新的系统。从1965年到1974年，公共拥有的交通系统数量从不到60个增加到300多个。然而，仅靠联邦资金并不能解决交通运输的困境，因为在1964年该法案通过后的几年里，全国各地的乘客数量持续下降。
更引人注目的是，一些城市利用新的联邦资金建设了快速交通系统。快速交通系统能够独立于其自身的路权运营，从而更好地与汽车和国家不断增长的高速公路网络竞争，这成为建设这种大型、昂贵交通系统的主要推动力。战后快速交通通常是在更广泛的区域政府和规划愿望的背景下进行讨论的。旧金山的湾区快速交通系统（BART）于1962年经区域居民在市政公投中批准，并在1964年之后利用了联邦资金。尽管最初推动BART的是市中心商业利益，但它也得到了政界人士、媒体和居民的支持，他们认为快速交通可以改善不断发展地区的交通拥堵，特别是在20世纪50年代中期跨越海湾大桥在旧金山和奥克兰之间取消有轨电车服务之后。BART于1972年开通，它采用了航天公司设计的未经验证的“太空时代”技术，试图创造更现代化的交通出行体验。这种对未经验证的技术的依赖导致了成本超支和技术问题，但BART很快成为旧金山湾区独特城市景观的重要组成部分。
该国首都也开发了另一个新的主要系统。华盛顿地铁起源于20世纪50年代规划圈内的一些想法，即与更大的汽车高速公路网络相结合，建造一个小型快速交通系统。市内居民担心，有争议的波多马克河三姐妹桥以及其他高速公路计划将对其社区和当地环境造成损害。他们推动建设一个更大的快速交通系统，作为高速公路网络的替代方案。最终的100英里长的地铁系统面临着挑战，包括来自高速公路支持者的资本资金停滞一段时间，直到国会投票停止了僵局。该系统的第一段于1976年开通，随后在接下来的30年里陆续开通了其他路段。尽管最初的乘客数量低于最初的预测，但地铁历史学家扎卡里·施拉格认为，该项目体现了“伟大社会”时代自由主义令人钦佩的目标：公共领域的价值以及政府能够改善其公民日常生活能力的信念。
自20世纪60年代以来的联邦资金留下了褒贬不一的遗产。当代学者和回顾该项目的历史学家都持批评态度。例如，他们质疑UTMA对快速交通系统的认可，这些系统通常的乘客数量远低于最初用来推广这些网络的预测。约翰·迈耶、约翰·凯恩和马丁·沃尔在其1965年的著作《城市交通问题》中提出了这一论点的早期表达。该研究在约翰逊总统签署UTMA后不久出版，并基于定量分析，从经济角度批评了交通运输资金。68华盛顿地铁的推动者天真地认为，雄心勃勃的乘客数量预测意味着票价本身可以支付所有运营费用，甚至可以支付一些资本支出，这一信念在20世纪70年代的通货膨胀中变得站不住脚。但另一些人，例如施拉格，认为定量批评忽略了公共交通资金（特别是快速交通）为城市带来的更多定性效益。施拉格引用了地铁对华盛顿的积极影响，在那里，快速交通减少了该市对汽车、高速公路和汽油的依赖，创造了更多可持续发展的项目，并改善了居民的出行——尤其是那些由于个人财务、年龄或残疾而选择或无法拥有汽车的人。
20世纪70年代标志着美国交通运输的转折点。交通运输历史学家布莱恩·库达希甚至认为，这个十年见证了美国“交通运输复兴”的开始。从统计数据来看，自20世纪20年代后期（二战除外）以来年度乘客数量的长期下降在1973年结束，尽管人均乘坐次数仍在下降。这种复苏源于许多因素：20世纪60年代末和70年代环境运动带来的日益增长的生态意识、公民对城市高速公路负面后果的反叛、能源危机以及对占主导地位的汽车文化和其他美国城市问题普遍的幻灭。对于那些寻求汽车替代方案的人来说，交通运输似乎是解决从重建到社会公平等各种城市问题的可行解决方案。联邦补贴也影响了交通运输的命运逆转。到20世纪70年代，来自国会山在之前十年开始提供的资金开始显现其影响。旧金山、华盛顿和亚特兰大等主要快速交通系统投入使用。1973年，国会听取了高速公路抗议者的意见，并授权城市将原本拨给州际公路系统的资金用于交通项目。这些资金的用途不如高速公路资金广泛。虽然联邦资金支付了90%的高速公路项目费用，但华盛顿只为地方政府为交通运输花费的每一美元提供4美元。联邦资金也开始在次年为交通运输提供运营补贴，并通过了《国家公共交通援助法》。
自20世纪80年代以来，许多城市已经修建了轻轨交通（LRT）系统。在轻轨系统中，车辆在专用路权的线路运行，但电力由架空线供电，而不是第三轨。与重轨系统相比，轻轨的资本成本和客流量较低，轻轨项目比BART和华盛顿地铁等资本密集型重型快速交通系统更为常见。不断攀升的建设成本和联邦资金对资本项目的更为严格的环境是轻轨自20世纪80年代初开始兴起的一个动机。在令历史学家着迷的发展中，怀旧和遗产也促进了自20世纪80年代以来铁路交通发展的普及。城市为了吸引游客，保留或修建了沿着市中心街道的“遗产”有轨电车线路（或旧金山的缆车）。美国第一条轻轨线路于1981年开通，被称为“圣地亚哥有轨电车”，尽管新线路与直到20世纪40年代末仍在为该市服务的电车几乎没有相似之处。如今，大多数乘客都没有乘坐过有轨电车的个人记忆，因此轻轨和遗产线路通常与20世纪初美国城市的充满活力的城市景观相关联，而不是许多人在当时持有的更多负面的有轨电车情绪和体验。过去在当前交通运输品牌中的地位仅仅是一个例子，说明了为什么公共交通的历史在今天很重要。
轻轨系统在运营支出中由票务收入覆盖的百分比方面也存在很大差异。此统计数据揭示了轻轨交通的私人收益（以乘客愿意支付的金额衡量）与此类系统的运营成本的接近程度。达拉斯的比例最低，为 13.3%，而加州萨克拉门托的比例最高，为 62.3%。因此，虽然一些系统可以通过票务收入覆盖超过一半的运营支出，但在所有城市，乘客乘坐铁路交通的私人收益都低于轻轨运营成本。
成本与服务区域规模（按国家运输数据库定义）之间是否存在关系，无论是以人口、平方英里还是人口密度来衡量？对于正在考虑启动或扩展轻轨服务的城市来说，这是一个重要的问题，因为它提供了对使轻轨最具成本效益的城市特征的见解。为了检验服务区域特征与成本之间是否存在任何关系，计算了每个服务区域特征（规模、密度和人口）与三个成本指标（每乘客英里运营成本、每车辆英里运营成本以及票价占运营成本的百分比）之间的线性相关性。
20 世纪 30 年代的大萧条导致北美许多有轨电车线路关闭。第二次世界大战的爆发推迟了一些有轨电车线路的关闭，因为在橡胶轮胎和汽油配给期间，平民使用它们通勤到与战争相关的工厂工作。战后，汽车的使用量持续上升，并在 20 世纪 40 年代和 50 年代得到 1948 年《跨加拿大公路法案》和加拿大各省公路的发展以及 1956 年美国《联邦援助公路法案》的推动。有轨电车减少的客流量和城市街道交通拥堵通常被列为关闭剩余线路的原因。到 20 世纪 60 年代，大多数北美有轨电车线路都已关闭，只有上述和下面讨论的例外情况仍在运营。同时，中美洲的所有有轨电车系统也被报废。在所有这些城市（除了新奥尔良）中，20 世纪 40 年代和 50 年代推出的成功的 PCC 有轨电车（总统会议委员会车辆）有助于使在 20 世纪 60 年代后幸存下来的线路得以存活。
城市公交车被认为更经济且更灵活：一辆公交车可以在没有轨道和相关基础设施的情况下运载与有轨电车相似数量的人。许多公交运营商拆除了部分有轨电车轨道，但保留了电力基础设施，以便运行电动无轨电车。许多此类系统只持续到第一代设备的寿命，但有一些系统一直持续到今天。
美国在其中等和大型城市中拥有许多轻轨系统。截至 2016 年 10 月，共有 26 个现代轻轨系统、11 个现代有轨电车系统和大约 10 个传统有轨电车系统（加上旧金山的缆车系统和摩根镇类似轻轨的个人快速交通系统），提供全年定期公交服务，总共超过 45 个运营中的轻轨类型系统在美国。与世界上任何其他国家相比，美国拥有数量最多的“真正”轻轨系统（即不包括有轨电车和传统有轨电车系统），迄今为止（其次是德国，拥有 10 个轻轨系统，以及日本，拥有 7 个）。
其中七个系统是残余的“遗留”第一代有轨电车系统，由于它们与其他交通工具（例如地铁隧道）之间存在一定程度的分离以及相对较高的客流量，因此幸免于 20 世纪 50 年代至 70 年代美国其他有轨电车系统被关闭的命运。在这七个幸存的有轨电车系统中，有两个（旧金山的市政地铁和匹兹堡轻轨）自 20 世纪 60 年代以来对其服务进行了大幅改造和现代化（例如，通过建造新的地铁路段），而其他五个（波士顿、克利夫兰、纽瓦克、新奥尔良和费城）自早期以来，其扩张或现代化程度较低。
其余的例子都是第二代轻轨（和有轨电车）系统，其中最古老的是圣地亚哥于 1981 年开通的系统。在 20 世纪 80 年代，该系统之后是在布法罗、波特兰、萨克拉门托和圣何塞安装了新的轻轨，以及在达拉斯开通了一条传统有轨电车线路。20 世纪 90 年代又开通了许多新系统，自 2000 年以来又开通了大约 20 个新的轻轨和有轨电车系统。
S(t) = K/[1+exp(-b(t-t0)] 其中
- S(t) 是状态度量（例如，乘客公里数）
- t 是时间（通常以年为单位）
- t0 是拐点时间（达到 1/2 K 的年份）
- K 是饱和状态水平
- b 是系数。
实际乘客数量和预测乘客数量的趋势线均显示需求增长。但是，与实际乘客数量的相对线性线相比，预测有些有限。这两个数据集在梯度上是一致的，这表明自 1985 年开始记录数据以来，增长一直持续且稳定。差异相当大，可以归因于公式中 K 和 b 的假设。此外，数据集似乎存在问题，因为预测在 21 世纪的现代社会中没有超过 60 万乘客，这很难从模型中相信。美国政府数据仅追溯到 1985 年，因此 1985 年之前的数据有限，但是根据我的研究，一些新兴趋势如下
- 1880 年 – 轻轨开始以原始形式实施
- 1915 年 – 一直到第一次世界大战，轻轨的推出都加速增长
- 1915-1945 年 – 经济衰退和第二次世界大战导致公共交通项目的增长停滞
- 1945-1985 年 – 30 年的下降期，因为汽车开始发挥作用，并且在交通方面的影响力更大。
- 1985 年至今 – 作为一种具有成本效益的方法的需求，实现了持续增长
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